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深能级杂质 半导体物理 Semiconductor Physics 除了III、V族之外的杂质在硅、锗中所产生的施主和受主能级一般都分别距离导带和价带边比较远，称为深能级杂质。 这些深能级杂质大多能够产生多次电离，每一次电离相应地有一个能级，往往在硅、锗中产生多重能级。 有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能级。 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 产生多个能级的原因很复杂，没有完善的理论加以说明。 粗略的定性解释：金在锗中产生四个能级，三个受主能级，都是深能级。金只有一个价电子，它取代锗晶格中原子后，（1）价电子可以电离而跃入导带，这一施主能级为ED，因为这个价电子的电离能很大，而锗的禁带宽度比较小，所以这个施主能级反而比较靠近价带顶。电离后，金原子就成为带正电的正电中心Au+。（2）中性金原子还可以和周围的四个锗原子形成共价键，形成共价键时，它可以从价带接受三个电子，形成EA1， EA2， EA3三个受主能级。三个能级依能量一个比一个深，到EA3就几乎靠近导带底了。 半导体物理 Semiconductor Physics 深能级杂质，一般情况下含量极少，而且能级较深，对载流子浓度和导电类型影响较轻，但对于载流子复合作用比浅能级杂质强，故这些杂质也称为复合中心。 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics III-V族化合物中的杂质能级 和硅、锗类似，当杂质进入III-V族化合物后，或者处于晶格原子间隙中的间隙式杂质，或者成为取代晶格原子的替位式杂质，不过更复杂。 由于杂质和缺陷在III-V族化合物中的复杂性和单晶制备技术的困难，人们对III-V族化合物中的杂质的了解没有硅和锗那样清楚。 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics I族元素一般在砷化镓中引入受主能级，起受主作用 II族元素铍、镁、锌、镉汞的价电子比III族元素少一个，有获得一个电子完成共价键的倾向，它们通常取代III族原子而处于晶格点上，表现为受主杂质。引入浅受主能级。 半导体物理 Semiconductor Physics 当III族杂质（如硼、铝等）和V族杂质（如磷、锑等）掺入时，则实验中测不到这些杂质的影响，既不是施主杂质和受主杂质，成为电中性的杂质，在禁带中不引入能级。但是当掺入的原子与基质晶体原子的电负性、共价半径方面具有较大差别时，例如砷化镓中掺入V族元素氮或铋，它们能俘获某种载流子而成为带电中心，并在禁带中产生能级。这个能级称为等电子陷阱。这种效应称为等电子杂质。 半导体物理 Semiconductor Physics IV族元素碳、硅、锗锡、铅，若取代III族原子则起施主杂质作用，若取代V族原子则起受主作用。IV族元素还可以杂乱地分布在III族原子和V族原子的晶格点上，这时杂质的总效果是起施主还是受主作用，与掺杂浓度及掺杂时外界条件有关。 半导体物理 Semiconductor Physics VI族元素氧、硫、硒、碲与V族元素性质相近，常取代V族原子，因为它们比V族元素多一个价电子而且容易失去，所以表现为施主杂质。 过渡族元素，除矾在砷化镓中产生一深施主能级外，硌、锰、铁、钴、镍均产生受主能级。 III-V族化合物中浅能级杂质的电离能也可以用类氢模型进行估算。 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 缺陷、位错能级 半导体物理 Semiconductor Physics 热缺陷：热缺陷有两种，一种是弗伦克耳缺陷，由于晶格原子获得能量脱离周围原子对它的束缚进入晶格原子间隙，原来的位置成为空位，间隙原子和空位成对出现；另一种是肖特基缺陷，只在晶体内形成空位而无间隙原子。空位是常见的点缺陷。 半导体物理 Semiconductor Physics 空位最近邻有四个原子，每个原子各有一个不成对的电子，成为不饱和的共价键，这些键倾向于接受电子，因而空位表现出受主作用。 除了热振动因素形成的空位和间隙原子外，由于成分偏离正常的化学比，也会形成点缺陷。 半导体物理 Semiconductor Physics 半导体物理 Semiconductor Physics 对于硫化物、硒化物、碲化物、氧化物等化合物半导体，离子键很